Question

20．純堿是一種非常重要的化學(xué)基本工業(yè)產(chǎn)品，工業(yè)上有很多不同的方法生產(chǎn)純堿．
Ⅰ、路布蘭法--其生產(chǎn)原理：用硫酸將食鹽轉(zhuǎn)化為硫酸鈉，將硫酸鈉與木炭、石灰石一起加熱，得到產(chǎn)品和硫化鈣．
（1）請(qǐng)寫出上述過程的化學(xué)方程式：2NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑．Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+CO₂↑．
Ⅱ．索爾維制堿法：以食鹽、氨氣（來自煉焦副產(chǎn)品）和二氧化碳（來自石灰石）為原料，首先得到小蘇打，再加熱分解小蘇打，獲得純堿．
（2）結(jié)合圖中所給物質(zhì)的溶解度曲線．寫出得到小蘇打的離子方程式：Na⁺+NH₃+H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHCO₃↓+NH₄⁺．

（3）這種生產(chǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)是原料便宜、產(chǎn)品純度高、氨和部分二氧化碳可以循環(huán)使用．請(qǐng)寫出實(shí)現(xiàn)氨循環(huán)的化學(xué)方程式：2NH₄C1+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaC1₂+2NH₃↑+2H₂O．
Ⅲ．侯德榜制堿法--生產(chǎn)流程可簡(jiǎn)要表示如下：

（4）合成氨工廠需要向制堿廠提供兩種原料氣體，其中Y是NH₃（填化學(xué)式），這兩種氣體在使用過程中是否需要考慮通入的先后順序是（填”是”或“否”），原因是氨氣在水中的溶解度大，先通氨氣后通二氧化碳產(chǎn)生碳酸氫銨多，有利于碳酸氫鈉的析出．
（5）侯德榜制堿法保留了索爾維法的優(yōu)點(diǎn)，克服了它的缺點(diǎn)，特別是設(shè)計(jì)了循環(huán)I（填流程中的編號(hào)）使原料中溶質(zhì)的利用率從70%提高到了96%以上．從母液中可以獲得的副產(chǎn)品的應(yīng)用：作化肥（舉一例）．
（6）該合成氨廠用NH₃制備NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的產(chǎn)率是94%，NO制HNO₃的產(chǎn)率是89%，則制HNO₃所用NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量（不考慮其它損耗）的54%（保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)難揮發(fā)性酸制備揮發(fā)性酸的原理，濃硫酸與氯化鈉晶體反應(yīng)生成HCl氣體，硫酸鈉和焦炭、石灰石反應(yīng)的產(chǎn)物之一為CaS，說明發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，S元素的化合價(jià)降低，Na₂SO₄作氧化劑，則作還原劑的為焦炭，C元素的化合價(jià)升高為+4價(jià)，由此可判斷產(chǎn)物還有碳酸鈉和二氧化碳；
II．（2）由圖2 可知碳酸氫鈉的溶解度小于氯化鈉、氯化銨，以食鹽、氨氣（來自煉焦副產(chǎn)品）和二氧化碳（來自石灰石）為原料，可生成碳酸氫鈉；
（3）反應(yīng)生成氯化銨，可與氫氧化鈣反應(yīng)生成氨氣以循環(huán)使用；
III．（4）合成氨工廠需要向制堿廠提供兩種原料氣體，它們分別是二氧化碳和氨氣；二氧化碳在水溶液中溶解度小，生成碳酸氫鈉少，不能析出晶體，而氨氣在水中的溶解度大，先通氨氣后通二氧化碳產(chǎn)生碳酸氫銨多，有利于碳酸氫鈉的析出；
（5）碳酸氫鈉能溶于水，析出晶體后的溶液要循環(huán)利用，從母液中有NH₄Cl可以做肥料；
（6）根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此計(jì)算．

解答 解：I．（1）根據(jù)難揮發(fā)性酸制備揮發(fā)性酸的原理，濃硫酸與氯化鈉晶體反應(yīng)生成HCl氣體，反應(yīng)方程式為：2NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑；硫酸鈉和焦炭、石灰石反應(yīng)的產(chǎn)物之一為CaS，說明發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，S元素的化合價(jià)降低，Na2SO4作氧化劑，則作還原劑的為焦炭，C元素的化合價(jià)升高為+4價(jià)，由此可判斷產(chǎn)物還有碳酸鈉和二氧化碳，其反應(yīng)方程式為Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+CO₂↑；
故答案為：2NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑，Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+CO₂↑；
II．（2）由圖2 可知碳酸氫鈉的溶解度小于氯化鈉、氯化銨，以食鹽、氨氣（來自煉焦副產(chǎn)品）和二氧化碳（來自石灰石）為原料，可生成碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為Na⁺+NH₃+H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHCO₃↓+NH₄⁺，故答案為：Na⁺+NH₃+H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（3）反應(yīng)生成氯化銨，可與氫氧化鈣反應(yīng)生成氨氣以循環(huán)使用，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NH₄C1+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaC1₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄C1+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaC1₂+2NH₃↑+2H₂O；
III．（4）合成氨工廠需要向制堿廠提供兩種原料氣體，它們分別是二氧化碳和氨氣，X可由煅燒爐生成，X為二氧化碳，則Y為氨氣；二氧化碳在水溶液中溶解度小，生成碳酸氫鈉少，不能析出晶體，而氨氣在水中的溶解度大，先通氨氣后通二氧化碳產(chǎn)生碳酸氫銨多，有利于碳酸氫鈉的析出；
故答案為：NH₃；是；氨氣在水中的溶解度大，先通氨氣后通二氧化碳產(chǎn)生碳酸氫銨多，有利于碳酸氫鈉的析出；
（5）碳酸氫鈉能溶于水，析出晶體后的溶液中還含有較多碳酸氫鈉，所以要循環(huán)利用，從母液中有NH₄Cl可以做肥料，
故答案為：循環(huán)I；作化肥；
（6）由NH₃制NO的產(chǎn)率是94%、NO制HNO₃的產(chǎn)率是89%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，則1mol氨氣可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，則該反應(yīng)消耗的氨氣的物質(zhì)的量為0.8366mol，氨氣的質(zhì)量之比等于物質(zhì)的量之比，則制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為 $\frac{1mol}{1mol+0.8366mol}$×100%=54%；即制HNO₃所用去的NH₃的質(zhì)量占總耗NH₃質(zhì)量的54%，
故答案為：54．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制備原理應(yīng)用，流程分析，實(shí)驗(yàn)制備物質(zhì)的分析判斷，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，注意把握利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及質(zhì)量守恒的方法來進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，使用硝酸銨的注意事項(xiàng)，明確轉(zhuǎn)化中的化學(xué)反應(yīng)得出物質(zhì)之間的關(guān)系是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．